摻雜小團(tuán)簇Be-,n-Li和B-,n-Ni的理論研究.pdf

1、本文集中研究堿金屬鋰原子摻雜鈹團(tuán)簇和過渡金屬鎳原子摻雜硼團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。團(tuán)簇是幾個(gè)到幾十個(gè)甚至上千個(gè)原子或分子的聚集體。近來，團(tuán)簇科學(xué)經(jīng)歷著前所未有的研究熱潮。團(tuán)簇作為一個(gè)巨大的物質(zhì)寶庫，人類對它的挖掘才剛剛開始，然而它所展現(xiàn)的財(cái)富，已經(jīng)在科學(xué)界造成巨大的震撼。碳是人類最早認(rèn)識的化學(xué)元素，隨著C<,60>等碳簇的發(fā)現(xiàn)，人們對碳又有了新的認(rèn)識，并因此開辟了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。從二十世紀(jì)90年代以來，投入C<,60>研究的科學(xué)家之多，涉及

2、的學(xué)科面之廣，發(fā)表的論文數(shù)之多，在科學(xué)史上是罕見的。而每一類新團(tuán)簇的發(fā)現(xiàn)，都會興起一波又一波的研究熱潮。其實(shí)，C<,60>等富勒烯還只是碳簇的一種，其它結(jié)構(gòu)形式的團(tuán)簇，其它元素的團(tuán)簇，以及更為豐富的多元團(tuán)簇，都可能一一成為新的研究熱點(diǎn)。 研究人員對于人們熟悉的鈹、鋰、硼、鎳等元素所組成的團(tuán)簇是十分感興趣的，因?yàn)閳F(tuán)簇的這些非同尋常的結(jié)構(gòu)往往會導(dǎo)致某些奇妙的特性，通過廣泛地研究，甚至具有工業(yè)生產(chǎn)的潛力。關(guān)于這些特性的研究，無論從基礎(chǔ)

3、研究還是從美學(xué)的角度來看，都是非常吸引人的。在過去的幾十年中，譜學(xué)研究和理論研究的結(jié)合已經(jīng)成為一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。大量的實(shí)驗(yàn)研究方面的進(jìn)展，促進(jìn)了較大尺寸的鈹、鋰、硼、鎳等團(tuán)簇的理論研究，這種理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合的研究方法加深了人們對團(tuán)簇微觀行為的物理圖像和化學(xué)結(jié)構(gòu)的理解。本文集中于堿金屬鋰原子摻雜鈹團(tuán)簇和過渡金屬鎳原子摻雜硼團(tuán)簇的理論研究，研究結(jié)果可以概括為以下幾個(gè)方面： 1．采用量子化學(xué)從頭算的方法，在密度泛函B3LYP/6-31

4、G(d)的水平上對Be<,n>Li(n=1-14)團(tuán)簇的各種可能同分異構(gòu)體進(jìn)行了研究，找出其中的基態(tài)結(jié)構(gòu)，并對這些基態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相對穩(wěn)定性、振動(dòng)頻率、電子性質(zhì)和極化率的分析。從幾何構(gòu)型看，隨尺寸的增加Li原子趨向于Be<,N>團(tuán)簇的外圍。計(jì)算結(jié)果表明n=4、9和13是Be<,n>Li團(tuán)簇的幻數(shù)。隨著尺寸增加，能隙逐漸減小，s，p軌道雜化逐漸增強(qiáng)。摻雜鋰原子后降低了Be<,N>主團(tuán)簇的平均結(jié)合能，增加了Be<,N>主團(tuán)簇的極化率。

5、 2．通過基于密度泛函理論下的廣義梯度近似(GGA)方法，選擇Becke交換梯度修正和Perdew-Wang關(guān)聯(lián)梯度修正，并采用帶極化的雙數(shù)值原子基組(DNP)對B<,n>Ni(n≤5)小團(tuán)簇進(jìn)行全部構(gòu)型優(yōu)化和磁性計(jì)算，確定了其基態(tài)結(jié)構(gòu)。計(jì)算結(jié)果表明：B<,n>Ni(n≤5)小團(tuán)簇基態(tài)結(jié)構(gòu)的自旋多重度分別為2，1，2，1，2；B<,2>Ni基態(tài)團(tuán)簇較其近鄰穩(wěn)定；Ni原子摻入B團(tuán)簇后增大了其結(jié)合能；Ni原子磁矩和團(tuán)簇總磁矩隨團(tuán)簇尺寸增大而